«Зеленый» атом
По словам генерального директора МАГАТЭ Рафаэля Гросси, «ядерной энергетике отведена ключевая роль в содействии преодолению глобального чрезвычайного положения в области климата». Международное энергетическое агентство (МЭА) в своем свежем докладе о перспективах мирного атома называет его «безопасным и чистым источником энергии» и призывает финансировать выпуском зеленых облигаций.
Согласно данным организации, примерно за полвека с 1971 по 2023 гг. ядерная энергетика позволила избежать парниковых выбросов в объеме 72 млрд тонн CO2-эквивалента. Для сравнения, парниковые выбросы всех стран мира превышают 57 млрд тонн CO2-эквивалента в год.
«Если говорить обо всем жизненном цикле, от производства бетона и оборудования для строительства объекта, до его эксплуатации, удельные выбросы на киловатт-час генерации в атомной энергетике значительно ниже, чем у других технологий генерации», — отмечает директор департамента устойчивого развития госкорпорации «Росатом» Полина Лион.
По данным ООН, в среднем за жизненный цикл АЭС выбрасывают 12 грамм CO2-эквивалента на каждый кВт·ч генерации, ветряки — 11 гр/кВт·ч, гидроэлектростанции — 24 гр/кВт·ч, солнечные панели — 48 гр/кВт·ч, газовая генерация — 490 гр/кВт·ч, угольная — 820 гр/кВт·ч. При этом к чистой с точки зрения климата принято относить генерацию с выбросами ниже 100 гр/кВт·ч.
По собственным расчетам Росатома, выбросы российских АЭС существенно ниже, чем у мировой атомной генерации — всего 5,1 гр/кВт·ч. А поскольку Росатом эксплуатирует существенную часть всего российского парка ветряков (и успешно локализует их производство), то подсчитал показатели и для них — получилось 8,7 гр/кВт·ч.
АЭС не только не производят выбросов, способствующих парниковому эффекту, но и не загрязняют атмосферу опасными для здоровья веществами, например, сажей, оксидами серы и азота, как угольная генерация, или оксидами азота и углерода, как газовая.
Мирный атом всухую выигрывает и по такому показателю, как площадь используемых земель, которые изымаются из экосистем. Так, газовой генерации их требуется в 2,4 раза больше, чем атомной, для производства того же объема энергии, угольной — в 3,8 раз, солнечной — в 160, ветряной — в 270, гидро — в 420.
Водопотребление у АЭС высокое, однако вся вода после многоступенчатой очистки возвращается в экосистемы. К слову, в водоемах-охладителях Росатом совместно с Росрыболовством устраивает рыбные хозяйства (пример — форелевые и осетровые на озерах Удомля и Песьево, охлаждающих Калининскую АЭС). В таких прудах и озерах можно рыбачить (при наличии лицензии), на некоторых даже проводят международные чемпионаты (в том числе на Копорской губе Финского залива, воды которого охлаждают Ленинградскую АЭС).
Радиационный фон вблизи АЭС не отличается от естественного, а совокупный вклад ядерных реакторов всего мира в его глобальное повышение — менее 0,01%. Повторение трагедий Чернобыля, Фукусимы и Три-Майл-Айленда на российских АЭС невозможно: современные проекты на уровне самой конструкции исключают физическую возможность подобных аварий, а старые станции оснащены соответствующими системам безопасности.
«Ни одна другая сфера деятельности не регулируется так жестко, как атомная энергетика. Требования к системам безопасности гарантируют отсутствие какой-либо аварийности и негативного воздействия на экосистемы и здоровье людей», — подчеркивает Полина Лион.
Фантастические перспективы
Получаемые в результате работы реакторов радиоактивные отходы (РАО) и отработанное ядерное топливо (ОЯТ) в окружающую среду не попадают, поскольку подлежат особому обращению. Так, РАО выдерживают в специальных бассейнах до снижения радиоактивности и температуры, затем остекловывают или цементируют, после чего помещают в специальные контейнеры и захоранивают в подземных хранилищах на глубине в сотни метров.
ОЯТ же является ценным материалом, а потому после выдержки и хранения отправляется на переработку. Переработка ОЯТ начинается с выделения из него ценных компонентов: на 94% это не участвующий в реакции уран-238, менее 1% — недогоревший уран-235, еще примерно столько же — наработанный плутоний-239. На их основе создаются различные уран-плутониевые топливные смеси: так называемые МОКС (Mixed OXides), СНУП (смешанное нитридное уран-плутониевое) и РЕМИКС топлива.
Россия не только мировой лидер по переработке ОЯТ, но и единственная страна, эксплуатирующая промышленные реакторы на быстрых нейтронах (БН-600 и БН-800 Белоярской АЭС). Это позволит «Росатому» уже в ближайшем десятилетии воплотить концепцию замкнутого ядерного топливного цикла, в рамках которой атомная энергетика станет, по сути, возобновляемой.
Классические реакторы типа ВВЭР-1000 — так называемые тепловые, нейтроны в активной зоне которых замедляются до энергий теплового спектра (порядка 0,025 электронвольт) — будут работать как на первичном топливе из обогащенного урана, так и на уран-плутониевой топливной смеси (с 2021 г. на таком топливе работает реактор ВВЭР-1000 Балаковской АЭС).
ОЯТ, получаемое в результате работы тепловых реакторов, а также отходы обогащения урана (уран-238, который копится на территории предприятий в виде отвалов), послужат сырьем для переработки в уран-плутониевые топливные смеси. Они, в свою очередь, будут загружаться в том числе и в реакторы на быстрых нейтронах (что уже несколько лет успешно делается на Белоярской АЭС).
Последние называются так потому, что испускаемые в их активной зоне нейтроны не замедляются, а значит, обладают высокими энергиями (более 0,1 мегаэлектронвольт), что позволяет им поддерживать деление не только в обогащенном уране (где высоко содержание нестабильного изотопа уран-235), но и в более стабильном сырье — уране-238. Он составляет более 99% всего урана в природе, а также остается в больших объемах в качестве отхода после обогащения урана и работы тепловых реакторов.
В отличие от тепловых, быстрые реакторы могут обладать коэффициентом воспроизводства выше единицы. Простыми словами, они способны нарабатывать бОльшие объемы пригодных для повторного использования изотопов (а именно, плутония-239), чем отрабатывают для генерации энергии. При этом наработанный в быстрых реакторах плутоний пригоден в качестве горючего не только для них самих, но и для тепловых реакторов.
Одно из преимуществ такой многоступенчатой замкнутой схемы заключается в том, что ядерного энергосырья (природного урана) человечеству хватит на тысячелетие.
Цикл замыкается
В декабре 2024 г. на территории Сибирского химического комбината в Северске (Томская обл.) в опытно-промышленную эксплуатацию запустили модуль фабрикации/рефабрикации (МФР) топлива для реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД‑300.
Это первый в мире быстрый реактор со свинцовым теплоносителем, его возводят с 2021 г. Вместе с МФР и мощностями по переработке облученного топлива он образует единый опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК), на котором к 2030 г. впервые в истории энергетики будет осуществлено замыкание топливного ядерного цикла.
Простыми словами, после первой загрузки ОДЭК не будет зависеть от внешних энергопоставок — он будет нарабатывать ядерное «горючее» сам для себя. Отработавшее СНУП-топливо (ранее полученное из ОЯТ) будет повторно восстанавливаться и вновь запускаться в цикл — для этого достаточно удалить продукты деления и добавить обедненный уран.
ОДЭК ляжет в основу первых серийных реакторов на быстрых нейтронах — БР-1200 и БН-1200М. Завершение проектных работ и старт их строительства ожидается после 2030 г.
Больше новостей читайте в нашем телеграм-канале @expert_mag